专题16电场力的性质（讲义）-高考物理专题讲义

专题16 电场力的性质（讲义） 一、核心知识 一、电荷及电荷守恒定律 1．元电荷、点电荷 (1)元电荷：e＝1.6×10－19 C，所有带电体的电荷量都是元电荷 的整数倍，其中质子、正电子的电荷量与元电荷相同． (2)点电荷：当带电体本身的大小和形状对研究的问题影响很小时，可以将带电体视为点电荷． 2．静电场 静电场是存在于电荷周围的一种特殊物质，其基本特征是对放入其中的电荷具有力的作用． 3．电荷守恒定律 (1)内容：电荷既不会创生，也不会消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移过程中，电荷的总量保持不变． (2)起电方式：摩擦起电、接触起电、感应起电． (3)带电实质：物体带电的实质是得失电子． 4．感应起电：感应起电的原因是电荷间的相互作用，或者说是电场对电荷的作用． (1)同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引． (2)当有外加电场时，电荷向导体两端移动，出现感应电荷，当无外加电场时，导体两端的电荷发生中和． 二、库仑定律 1．内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比．作用力的方向在它们的连线上． 2．表达式：F＝k，式中k＝9.0×109 N·m2/C2，叫静电力常量． 3．适用条件：真空中的点电荷． 4．对库仑定律的两点理解 (1)F＝k，r指两点电荷间的距离．对可视为点电荷的两个均匀带电球，r为两球心间距． (2)当两个电荷间的距离r→0时，电荷不能视为点电荷，它们之间的静电力不能认为趋于无限大． 5．电荷均分原理 (1)适用于材料、大小、形状完全相同的导体球． (2)两导体球接触一下再分析，如果两导体球带同种电荷，总电荷量直接平分；如果两导体球带异种电荷，则先中和再平分． 三、电场强度、点电荷的场强 1．定义：放入电场中某点的电荷受到的电场力F与它的电荷量q的比值． 2．定义式：E＝.单位：N/C或V/m 3．点电荷的电场强度：真空中点电荷形成的电场中某点的电场强度：E＝k. 4．方向：规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向为该点的电场强度方向． 5．电场强度的叠加：电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和，遵从平行四边形定则． 6．三电荷平衡模型的规律 (1)“三点共线”——三个点电荷分布在同一直线上． (2)“两同夹异”——正负电荷相互间隔． (3)“两大夹小”——中间电荷的电荷量最小． (4)“近小远大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷． 7．电场强度三个表达式的比较 8.求解电场强度的4种非常规思维方法 (1)等效法：在保证效果相同的前提下，将复杂的电场情景变换为简单的或熟悉的电场情景． 例如：一个点电荷＋q与一个无限大薄金属板形成的电场，等效为两个异种点电荷形成的电场，如图甲、乙所示． (2)对称法：利用空间上对称分布的电荷形成的电场具有对称性的特点，使复杂电场的叠加计算问题大为简化． 例如：均匀带电的球壳在O点产生的场强，等效为弧BC产生的场强，弧BC产生的场强方向，又等效为弧的中点M在O点产生的场强方向． (3)填补法：将有缺口的带电圆环补全为圆环，或将半球面补全为球面，从而化难为易、事半功倍． (4)微元法：将带电体分成许多可看成点电荷的微小带电体，先根据库仑定律求出每个微小带电体的场强，再结合对称性和场强叠加原理求出合场强. 四、电场线 为了形象地描述电场中各点电场强度的强弱及方向，在电场中画出一些曲线，曲线上每一点的切线方向都跟该点的电场强度方向一致，曲线的疏密表示电场的强弱． 1．电场线的几个特点 (1)不闭合：电场线起始于正电荷(或无穷远处)，终止于无穷远处(或负电荷)． (2)不相交：在电场中两条电场线不相交． (3)同一电场中，电场线密的地方场强大． (4)电场线上某点的切线方向表示该点的场强方向． 2．五种典型电场的电场线 3． 两种等量点电荷的电场分析 二、重点题型分类例析 题型1：点电荷和元电荷 【例题1】（2020·广东高三专题练习）关于点电荷、元电荷、检验电荷，下列说法正确的是 A．点电荷是体积很小的带电体 B．点电荷所带电荷量一定是元电荷的整数倍 C．点电荷所带电荷量一定很小 D．点电荷、元电荷、检验电荷是同一种物理模型 题型2：起电方式 【例题2】（2020·浙江杭州市·杭州高级中学高三月考）为了研究空腔导体内外表面的电荷分布情况，取两个验电器A和B，在B上装一个几乎封闭的空心金属球C（仅在上端开有小孔），D是带有绝缘柄的金属小球，如图所示．实验前他们都不带电，实验时首先将带正电的玻璃棒（图中未画出）与C接触使C带电．以下说法正确的是 A．若将带正电的玻璃棒接触C外表面，则B的箔片带负电 B．若将带正电的玻璃棒接触C内表面，则B的箔片不会带电 C．使D接触C的外表面，然后接触A，操作若干次，观察到A的箔片张角变大 D．使D接触C的内表面，然后接触A，操作若干次，观察到A的箔片张角变大 题型3：库仑定律 【例题3】（2020·广东高三学业考试）两个相同的金属小球，带电荷量分别为和，小球半径远小于两球心的距离r，将它们接触后放回原处．则此时的静电力大小为（ ） A．B．C．D． 题型4：带电小球的平衡问题 【例题4】（2020·沙坪坝区·重庆三十二中高三期中）两个大小相同的小球带有同种电荷，质量分别为m1和m2，带电荷量分别是q1和q2，用绝缘线悬挂后，因静电力而使两悬线张开，分别与中垂线方向成α1角和α2角，且两球处于同一水平线上，如图所示，若α1>α2，则下述结论正确的是（ ） A．q1一定等于q2B．一定满足 C．m1一定小于m2D．必须同时满足q1=q2、m1=m2 题型5：静电力作用下的加速问题 【例题5】（2020·四川高三一模）如图（a），场源点电荷固定在真空中O点，从与O相距r0的P点由静止释放一个质量为m、电荷量为q（q>0）的离子，经一定时间，离子运动到与O相距rN的N点。用a表示离子的加速度，用r表示离子与O点的距离，作出其图像如图（b）。静电力常量为是k，不计离子重力。由此可以判定（ ） A．场源点电荷带正电 B．场源点电荷的电荷量为 C．离子在P点的加速度大小为 D．离子在P点受到的电场力大小为 题型6：多个点电荷的库仑力 【例题6】（2020·全国高三专题练习）如图所示，光滑绝缘水平面上有三个带电小球、、（可视为点电荷），三球沿一条直线摆放，仅在它们之间的静电力作用下静止，则以下判断正确的是（ ） A．对的静电力可能是斥力B．对的静电力一定是斥力 C．的电量可能比少D．的电量一定比多 题型7：电场强度的概念 【例题7】（2021·全国高三专题练习）下列说法中正确的是（ ） A．由知，电场中某点的电场强度与检验电荷在该点所受的电场力成正比 B．电场中某点的电场强度等于，但与检验电荷的受力大小及带电量无